Poważnie musimy coś zrobić z emisjami CO2. Oprócz przejścia na odnawialne źródła energii i zwiększenie wydajności energetycznej, musimy zacząć odsuwać CO2, zanim dotrze on do atmosfery. Być może skutki zmian klimatu wywołanych przez człowieka będą tak dotkliwe, że będziemy musieli nawet wychwycić CO2 z powietrza i przekształcić go w użyteczne produkty, takie jak tworzywa sztuczne lub umieścić w bezpiecznym miejscu.

Grupa naukowców z kilku krajów europejskich i Stanów Zjednoczonych, w tym ja, spotkała się w środku, na Islandii, aby dowiedzieć się, w jaki sposób CO2 można bezpiecznie odłożyć na ziemię. Niedawno opublikowane badanie, wykazaliśmy, że dwa lata po wstrzyknięciu CO2 pod ziemię w naszym pilotażowym miejscu testowym na Islandii prawie wszystkie z nich zostały przekształcone w minerały.

Mineralizacja

Islandia to bardzo zielony kraj; prawie cała energia elektryczna pochodzi ze źródeł odnawialnych, w tym energia geotermalna. Gorąca woda ze skał pod powierzchnią jest przekształcana w parę, która napędza turbinę generować elektryczność. Jednak elektrownie geotermalne tam emitują CO2 (znacznie mniej niż porównywalna elektrownia węglowa), ponieważ gorąca para z głębokich studni, które napędzają turbiny, zawiera również CO2, a czasem siarkowodór (H2S). Gazy te zwykle uwalniają się w powietrze.

Czy jest inne miejsce, w którym moglibyśmy umieścić te gazy?

Konwencjonalny sekwestracja dwutlenku węgla odkłada CO2 do głębokich solankowych warstw wodonośnych lub do zubożonych złóż ropy i gazu ziemnego. CO2 jest pompowany pod bardzo wysokim ciśnieniem do tych formacji, a ponieważ utrzymywały gazy i płyny już w ciągu milionów lat, prawdopodobieństwo wycieku CO2 jest znikome, ponieważ badania naukowe pokazał.

W miejscu takim jak Islandia z codziennymi trzęsieniami ziemi powodującymi pękanie skał wulkanicznych (bazalty), to podejście nie zadziałałoby. CO2 może pękać przez pęknięcia i wyciekać z powrotem do atmosfery.

Jednak bazalt ma również wielką zaletę: reaguje z CO2 i przekształca go w minerały węglanowe. Te węglany tworzą się naturalnie i można je znaleźć jako białe plamy w bazalcie. Reakcje wykazano również w eksperymentach laboratoryjnych.

Rozpuszczanie CO2 w wodzie

W pierwszym teście wykorzystaliśmy czysty CO2 i przepompowaliśmy go przez rurę do istniejącej studni, która stukała warstwę wodonośną zawierającą świeżą wodę na głębokości około 1,700 stóp. Sześć miesięcy później wstrzyknęliśmy mieszaninę CO2 i siarkowodoru wpompowanych z turbin elektrowni. Przez oddzielną rurkę pompowaliśmy również wodę do studni.

W studni wypuściliśmy CO2 przez urządzenie rozpryskujące - urządzenie do wprowadzania gazów do cieczy podobnych do kamienia pęcherzykowego w akwarium - do wody. CO2 całkowicie rozpuścił się w wodzie w ciągu kilku minut z powodu wysokiego ciśnienia na głębokości. Ta mieszanina dostała się następnie do warstwy wodonośnej.

Dodaliśmy również niewielkie ilości znaczników (gazów i substancji rozpuszczonych), które pozwalają nam odróżnić wtryskiwaną wodę i CO2 od tego, co jest już w warstwie wodonośnej. CO2 rozpuszczony w wodzie został następnie porwany przez wolno płynącą wodę gruntową.

W dalszej części zainstalowaliśmy studzienki monitorujące, które pozwoliły nam zebrać próbki, aby dowiedzieć się, co się stało z CO2. Początkowo widzieliśmy niektóre CO2 i znaczniki przechodzące. Jednak po kilku miesiącach znaczniki wciąż przybywały, ale pojawiło się bardzo niewiele wstrzykniętego CO2.

Dokąd to zmierza? Nasza pompa dobrze monitorująca przestała okresowo działać, a kiedy wynieśliśmy ją na powierzchnię, zauważyliśmy, że była pokryta białymi kryształami. Przeanalizowaliśmy kryształy i stwierdziliśmy, że zawierają one niektóre znaczniki, które dodaliśmy, a co najważniejsze, okazały się głównie minerałami węglanowymi! Zamieniliśmy CO2 w skały.

CO2 rozpuszczony w wodzie przereagował z bazaltem w warstwie wodonośnej i ponad 95 procent CO2 wytrącił się jako stałe minerały węglanowe - i wszystko to stało się znacznie szybciej niż oczekiwano, w czasie krótszym niż dwa lata.

Jest to najbezpieczniejszy sposób na odłożenie CO2. Rozpuszczając go w wodzie, zapobiegamy już bulgotaniu się gazu CO2 w kierunku powierzchni przez pęknięcia w skałach. Na koniec przekształcamy go w kamień, który nie może się poruszać ani rozpuszczać w naturalnych warunkach.

Wadą tego podejścia jest konieczność wtryskiwania wody obok CO2. Jednak ze względu na bardzo szybkie usuwanie CO2 z wody w postaci mineralnej, woda ta może zostać wypompowana z ziemi poniżej i ponownie użyta w miejscu wstrzyknięcia.

Czy będzie działać gdzie indziej?

Nasze było pilotażowym badaniem na małą skalę, a pytanie brzmi: czy reakcje te będą kontynuowane w przyszłości, czy pory i pęknięcia podpowierzchniowego kamienia bazaltowego w końcu się zatykają i nie będą już w stanie przekształcić CO2 w węglan.

Nasza Islandia elektrownia geotermalna zwiększyło ilość wtryskiwanego gazu kilka razy w ciągu ostatnich lat, odkąd nasz eksperyment rozpoczął się przy użyciu innej pobliskiej lokalizacji. Nie napotkano jeszcze żadnego zatkania, a planuje się wkrótce wprowadzić prawie wszystkie gazy odlotowe do bazaltu. Proces ten zapobiegnie również przedostawaniu się toksycznego i żrącego siarkowodoru do atmosfery, który wciąż można wykryć na niskich poziomach w pobliżu elektrowni ze względu na charakterystyczny zapach zgniłych jaj.

Bardzo reaktywne skały znalezione na Islandii są dość powszechne na Ziemi; około 10 procent kontynentów i prawie wszystkie dna oceanów są wykonane z bazaltu. Innymi słowy, technologia ta nie ogranicza się do emisji z elektrowni geotermalnych, ale może być również stosowana do innych źródeł CO2, takich jak elektrownie na paliwa kopalne.

Handlowa opłacalność procesu nadal musi zostać ustalona w różnych lokalizacjach. Mineralizacja węgla zwiększa koszty eksploatacji elektrowni, dlatego, podobnie jak każda forma sekwestracji węgla, potrzeba bodźców ekonomicznych, aby było to wykonalne.

Ludzie lubią mieszkać w pobliżu wybrzeży, a wiele elektrowni zbudowano w pobliżu ich klientów. Być może ta technologia mogłaby zostać wykorzystana do odłożenia emisji CO2 na obszarach przybrzeżnych w pobliskich formacjach bazaltu na morzu. Oczywiście nie byłoby niedoboru wody do jednoczesnego wtrysku z CO2.

Jeśli w przyszłości będziemy zmuszeni obniżyć atmosferyczne poziomy CO2, ponieważ nie doceniamy szkodliwych skutków zmian klimatu, być może moglibyśmy użyć urządzeń napędzanych wiatrem lub energią słoneczną na platformie oceanicznej, aby wychwycić CO2 z powietrza, a następnie wstrzyknąć CO2 do formacji bazaltowych pod spodem.

Jak wykazano na Islandii, mineralizacja węgla może być częścią rozwiązania naszego problemu węgla.

O autorze

Martin Stute, profesor nauk o środowisku, Columbia University. Jego praca badawcza na Uniwersytecie w Heidelbergu koncentrowała się na nowatorskich technikach znakowania do badania dynamiki przepływu wód gruntowych oraz na wykorzystaniu wód gruntowych jako archiwum paleoklimatu.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

at

Dzięki za odwiedziny InnerSelf.com, gdzie są 20,000 + zmieniające życie artykuły promujące „Nowe postawy i nowe możliwości”. Wszystkie artykuły są tłumaczone na 30+ języków. Zapisz się! do wydawanego co tydzień magazynu InnerSelf i Daily Inspiration Marie T Russell. Magazyn InnerSelf ukazuje się od 1985 r.